membranes supportees: effet des charges et des champs electriques

MEMBRANES SUPPORTEES: EFFET DES CHARGES
ET DES CHAMPS ELECTRIQUES
DIRECTEUR DE THESE : THIERRY CHARITAT
INSTITUT CHARLES SADRON, 23, RUE DU LOESS, 67083 STRASBOURG
TEL : [phone] ; E-MAIL : [e-mail]
La thèse portera sur l’étude des contributions électrostatiques aux propriétés intrinsèques
(courbure, tension...) des membranes fluides et sur la contribution de l’électrostatique à la
répulsion entropique entre membranes. L’étude des propriétés physiques des membranes
fluides est un sujet d’importance, qui pose de nombreuses questions fondamentales et
possède de nombreuses applications potentielles [1]. L’étude des propriétés intrinsèques
des membranes (propriétés mécaniques, dynamiques...) et de leurs interactions avec
d’autres membranes est généralement abordée soit d’un point de vue macroscopique
(échelle > 1 _m) à l’aide de techniques de microscopies optiques [2], soit d’un point de vue
microscopique (échelle de l’ordre du nm) par diffusion de rayonnement sur des empilements
multilamellaires [3]. Les premières études ne donnent pas d’informations sur les
mécanismes à l’échelle moléculaire. L’analyse et l’interprétation des secondes sont
extrêmement délicates en raison du caractère multilamellaire des échantillons. Dans ce
cadre, nous avons montré récemment l’important potentiel de la réflectivité spéculaire et
hors- spéculaire de rayons X pour l’étude de membranes supportées uniques [4,5]. Cette
technique puissante permet d'avoir accès au spectre de fluctuations de la membrane dans
un domaine sub-micronique, tout en déterminant directement la tension, le potentiel
d'adhésion et le module de courbure de la membrane. Cela permet d’envisager d’obtenir de
manière unique des réponses originales à de nombreuses questions de la physique des
membranes. En particulier, nous souhaitons dans ce travail de thèse traiter de l’influence de
l’électrostatique et de champs électriques sur les propriétés de la membrane [6]. Les champs
électriques, en particulier, ont une influence considérable sur les membranes et sont utilisés
dans de nombreuses applications en biologie cellulaire, biotechnologies et pharmacologie,
pour la fusion cellulaire, l'hybridation, l'électroporation et l'électroperméation par exemple. Ils
peuvent aussi déformer et déstabiliser les bicouches.
Nous avons montré récemment [5] que l’on pouvait appliquer la technique de réflectivité
spéculaire et hors- spéculaire des rayons x à une membrane supportée unique (une
première bicouche est adsorbée sur le substrat alors que la seconde fluctue quasi librement
dans le potentiel de la première). Cette technique très puissante permet d'avoir accès de
manière unique au spectre de fluctuations de la membrane dans un domaine sub-
micronique, tout en déterminant de façon absolue la tension, le potentiel d'adhésion et le
module de courbure de la membrane. Un développement intéressant sera d'appliquer une
pression osmotique aux membranes afin d'étendre la gamme de de potentiels d'interaction
auxquels on a accès. Figure: modèle de membrane supportée. Une première bicouche est
adsorbée sur le substrat alors que la seconde fluctue quasi librement dans le potentiel de la
première. La thèse portera sur l’étude des contributions électrostatiques aux propriétés
intrinsèques (courbure, tension...) des membranes fluides, sur la contribution de
l’électrostatique à la répulsion entropique entre les membranes, et sur le rôle des champs
électriques. Dans un premier temps, la réalisation de doubles bicouches supportées de
densité de charge variable sera étudiée de manière systématique. On se focalisera ensuite

Réservépourlagestiondesrésumés
Réservé
sur l’étude de l’influence de la densité de charge sur le spectre de fluctuations de la
membrane et sur le rôle joué par la force ionique. On cherchera en particulier à identifier la
contribution de l’électrostatique à la tension et au module de courbure de la membrane. Ces
résultats seront confrontés aux prédictions théoriques [7]. En particulier, des expériences
préliminaires ont montré qu'il était possible de fabriquer des membranes à l'aide de lipides
chargés et que celles-ci étaient en interaction très forte, alors que la théorie semble interdire
leur existence. Nous avons également montré qu'un champ électrique alternatif diminuait la
tension et augmentait la rigidité de courbure des membranes. Pour bien comprendre ce
phénomène, il est important de caractériser en détail la réponse en fréquence pour
différentes salinités du milieu. Dans un dernier temps, on pourra également s'intéresser à
des membranes « actives » capables de maintenir un potentiel entre les milieux qu'elles
délimitent en pompant des ions. Ces différents points pourront donner lieu à un travail de
modélisation pour interpréter les résultats expérimentaux. L’ensemble de ce travail associera
diffusion de rayon X (ESRF), réflectivité des neutrons (ILL), et expériences de laboratoire:
microscopie en champ proche (AFM, électro- optique...), FRAP...
Nous recherchons un candidat physicien où Physico-Chimiste ayant une solide formation en
Physique Générale et particulièrement en Physique Statistique, avec éventuellement des
notions de bases en Physique de la Matière Condensée Molle. Des notions de
programmation en Fortran ou C pourront être utile mais pourront aussi être développées
pendant la thèse.
Ce travail devrait conduire à une meilleure compréhension de l’effet de l’électrostatique sur
les propriétés des membranes fluides, en particulier en permettant de tester les modèles
théoriques. Le doctorant aura à la fin de cette thèse une formation solide en physico-chimie
des membranes phospholipidiques, diffusion de rayonnement et microscopies optiques.
[1] Sackmann, E., Science, 271, 43-48 (1996).
[ 2] Lipowsky, R., Handbook of biological physics,(1995).
[3] Nagle, J.F. and Tristram-Nagle, S., BBA Biomembranes, 1469,159-195 (2000).
[4] Daillant, J. and Bellet-Amalric, E. and Braslau, A. and Charitat, T. and Fragneto, G. and Graner, F.
and Mora, S. and Rieutord, F.and Stidder, B., The Proceding of the National Academy of Sciences
USA, 102,11639-11644 (2005).
[5] L. Malaquin, T. Charitat, J. Daillant, soumis à E.PJ.E. http://arxiv.org/abs/0910.1275
[6] Petrache,H. I and Tristram-Nagle, S. and Gawrisch, K. and Harries, D. and Parsegian, V. A.and
Nagle, J. F, Biophysical Journal, 86, 1574-1586 (2004).
[7] A. Fogden and J. Daicic and D. J. Mitchell and B. W. Ninham, Physica A, 234, 167-188 (1996).